基于振幅加权的阵列辐射强度分布的理论与数值实验研究

来源 :中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:baozhuangpms
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相控阵列的研究可以追溯到二十世纪五十年代。但是,相控阵列技术真正被应用于诸如卫星通信、弹道导弹预警、气象雷达、工业无损检测、医学诊断与治疗等领域却是近二十年来的事。最近几年来,随着人类对能源需求的持续增加和对生态环境的日益重视,声波相控阵列又被用于地下资源勘探、地质评价和测井中。在这些应用中,无论是电磁波还是声波,其波束形成、空间扫描都是对阵元辐射相位进行控制,以达到在空间产生特定的辐射模型或进行空间扫描。这就是人们不断研制高精确度的、结构复杂的相位延迟网络和控制系统的原因。然而,人们不断追求高的辐射频率,增加振元数目,使得相位延迟网络和控制系统的制造变得愈来愈困难。而作为波动的另一个独立可控变量振幅却没有给予充分利用。本文研究发现,对阵元辐射振幅进行恰当控制,可实现特定的辐射模型。无论是从原理上还是工程讲,实现对振幅大小的控制比对相位的控制要简单得多。本文首先指出,对阵元辐射振幅控制形成所需的辐射强度分布是可行的。其次,在远场情况下,提出了半波约束条件和波束质量评价标准,用不同的数学方法,导出了远场与近场情况下的振元振幅取值的计算公式。最后通过实例,进行数值分析,证明了所述方法的有效性。本文还指出,如果将振幅加权与线性相位控制联合使用,实现在特定远场辐射振幅分布不变条件下的波束空间电子扫描,这也可以降低阵列相移器和控制器的复杂度与成本。采用振幅加权形成特定的辐射强度分布方法的潜在应用,包括战时通信、医学治疗、特殊形式的无损、非接触探测等。本文的方法可以推广到阵元呈周期性排列的其它阵列结构中。
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